【文章內(nèi)容簡介】 稱為第一臨界角；折射波完全不存在時，這一入射角稱為第二臨界角。Lα介質(zhì)1介質(zhì)2TTLLβlβtγlγt 波型的轉換T ：橫波L ：縱波a ：縱波入射角βl ：縱波反射角βt ：橫波反射角γl ：縱波折射角γt ：橫波折射角 超聲波在聚合物混合物中的傳播聚合物的共混是指將兩種或兩種以上聚合物材料、無機材料以及助及在一定溫度下進行機械摻混，最終形成一種宏觀上均勻，而且各種性能得到改善的新材料的過程，所得到的新的共混產(chǎn)物稱為聚合物的共混物，簡稱共混物。共混物的形態(tài)可分為均相體系與兩相體系，其中兩相體系又可進一步分為“?！獚u”結構與“?！！苯Y構[4,5]。“?！獚u”結構一相為連續(xù)相，另一相為分散相，分散相分散在連續(xù)相中。“?！！苯Y構兩相皆為連續(xù)相，互相貫穿。共混物的形態(tài)與共混物的性能有密切關系，是聚合物改性研究的一個重要內(nèi)容，因為共混物的形態(tài)與共混物的性能有密切關系。共混組分在混合物中的狀態(tài)會影響共混物形態(tài)，例如決定哪一相為連續(xù)相，哪一相為分散相。兩相體系中的分散相粒子的直徑和分散狀態(tài)會影響超聲波在共混物中的傳播情況。例如當粒子的直徑與波長相比擬時，超聲波會發(fā)生散射。共混物中相與相之間的交界面稱為相界面。超聲波入射的角度及相界面的形狀都會影響超聲波波的傳播。當超聲縱波入射到相界面上時，可能會發(fā)生反射和折射及波型轉換，產(chǎn)生反射縱波、反射橫波、折射縱波和折射橫波[26]。當入射角大于第一臨界角時，只產(chǎn)生反射縱波、反射橫波和折射橫波；大于第二臨界角時，只有反射縱波和反射橫波。超聲波在界面上的反射、折射以及波型轉換使得超聲波在混合物中的傳播情況變得非常復雜。超聲波在聚合物的混合物中傳播的另一特點是超聲波的能量衰減大。因為超聲波傳到分散相與連續(xù)相的界面上時將產(chǎn)生聲波的反射、折射和波形轉換等現(xiàn)象，導致超聲波能量的降低。當分散相粒子的尺寸與超聲波的波長相當或更小時，便會產(chǎn)生散射現(xiàn)象，也可導致超聲波能量的降低。另外，組成混合物的各種聚合物材料也會吸收超聲波的能量，產(chǎn)生吸收衰減，還有擴散衰減等原因。但引起超聲波能量衰減的主要原因是散射衰減與吸收衰減。探頭縱波橫波分散相連續(xù)相 超聲波在“?！獚u”結構混合物中傳播示意圖 探頭超聲波探頭是用來產(chǎn)生與接收超聲波的器件，是組成超聲檢測系統(tǒng)的重要部分之一。探頭的性能直接影響到發(fā)射的超聲波的特性，影響到超聲波的檢測能力。探頭中的關鍵部件是換能器，最常用的是壓電換能器，又稱為壓電晶片。壓電換能器將電脈沖轉換為超聲脈沖，在將超聲脈沖轉換為電脈沖，也就是實現(xiàn)了電能和聲能的相互轉換。壓電換能器進行聲電能量轉換的原理是利用某些晶體在機械變形時會產(chǎn)生電壓的壓電效應，以及在交變電壓作用下會產(chǎn)生機械伸縮的逆壓電效應。根據(jù)探頭的結構特點和用途，可將探頭分為多種類型，其中最常用的是接觸式縱波直探頭、接觸式斜探頭、雙晶探頭、水浸平探頭和聚焦探頭。 探頭的耦合探頭與試件間的聲耦合需采用耦合劑，目的是以液體置于探頭與試件之間代替空氣間隙，增大聲能的透過率，使聲波更好地傳入試件。接觸法中常用的耦合劑有機油、甘油等。液浸法中常用水作耦合劑，有時也采用油進行液浸法檢測，但對高頻聲波衰減較大。 聚合物的超聲檢測方法脈沖反射法在聚合物的超聲檢測較為廣泛,通過處理脈沖回波來計算超聲波的聲速或能量衰減,表征聚合物的性質(zhì)[25]。因為，利用超聲波的速度可精確估計聚合物材料的彈性模量、體積模量、剪切模量及密度等參數(shù)，從而檢測聚合物的分子結構、各向異性結構、纖維在聚合物基體中的取向情況以及物質(zhì)的交聯(lián)固化行為；聚合物復合材料中的分散相的尺寸和含量與超聲波能量的衰減有密切的關系，通過測量衰減系數(shù)可了解增強體在基體中的分散情況；超聲波的速度與衰減系數(shù)也用來表征聚合物的共混體系的相容性及相結構。脈沖反射法根據(jù)耦合方式又可分為接觸法和液浸法。接觸法檢測是將探頭與樣品表面直接接觸進行檢測的方法（），通常在探頭與檢測表面之間涂有一層很薄的耦合劑。耦合劑主要起傳輸超聲波能量作用，為避免空氣層產(chǎn)生的強烈反射，故在檢測時必須將接觸層間的空氣排除干凈，使聲波進入樣品內(nèi)部。液浸法是將探頭和樣品全部或部分浸于液體中，以液體作為耦合劑，超聲波通過液體進入樣品進行檢測的方法（）。液浸法最常用的耦合劑為水，此時，又稱水浸法。耦合劑樣品探頭 水探頭樣品 接觸法 液浸法接觸法與液浸法各有特點，可以認為：接觸法作為最基本的檢測方法，能夠滿足絕大多數(shù)檢測的要求，且操作簡便，成本低，便于靈活機動地適應各種場合與目的；液浸法檢測中人為因素少，檢測可靠性高，對粗糙表面適應性好，對于固定產(chǎn)品、要求高分辨力、高靈敏度、高可靠性的檢測對象，以及表面未經(jīng)機加工的試件，采用液浸法檢測較為有利。 聲速超聲波在混合物中的傳播速度與混合物的彈性性質(zhì)以及混合物的內(nèi)部結構有很大的關系。一般來說，彈性模量越高，內(nèi)部越是緊密，其聲速越高?；旌衔飪?nèi)部的分散相的分布狀態(tài)也會影響超聲波的聲速。超聲波在不同的介質(zhì)中的傳播速度是不相同的，如果在聲速較快的連續(xù)相中加入較慢的分散相會使超聲波的速度降低，反之亦然。另外，超聲波在分散相與連續(xù)相的界面上發(fā)生反射及折射，如果被反射的波直接返回探頭，回使計算的聲速值變大；如果反射波被多次反射，就可能使計算的聲速值變小。經(jīng)過多次反射的波可能衰減太大，被噪聲淹沒而無法識別，或是沒有傳回探頭就已經(jīng)消失。在界面上反射與折射時還可能發(fā)生波型轉換產(chǎn)生橫波，使聲速降低。如果分散相的直徑與波長相當時，超聲波可能發(fā)生衍射現(xiàn)象，從而使超聲波的速度發(fā)生改變。 聲速的計算使用脈沖回波法技術進行聲速測量，主要有四種基本的方法[25]，即峰值檢測法、回波重疊法，正交相關法和相位測量法。如果回波信號的波形變形不是很嚴重時，峰值檢測和回波重疊法是足夠精確的。兩種方法都是首先測量兩個回波信號之間的時間間隔以及超聲波在此時間間隔內(nèi)傳播的路程。 () 峰值檢測法示意圖（時間間隔），峰值檢測法是選取兩個相鄰信號的最大峰值為計算標準，測量兩峰值之間的時間間隔。而回波重疊法是對信號f1進行時移，使其與信號f2重疊（），圖(a)是檢測得到的兩個信號,圖(b)是將信號f2平移與f1重合，